预设人工塑性铰梁桥墩柱抗震性能研究

摘要

随着我国经济社会的快速发展，促使交通运输业得以迅猛发展，尤其是城市交通向立体化发展，使得一些立交桥和高架桥被大量建设。而桥梁作为交通咽喉，是保证道路交通畅通的关键环节，尤其是在发生地震后，桥梁往往被视为生命线工程，因此如何确保桥梁结构在经受地震荷载作用后不倒塌是桥梁工程师和抗震研究者一直希望解决的一个问题。为了提高各种桥梁的抗震能力，人们进行了大量的理论和试验研究，结构抗震设计的方法由最初基于强度的弹性设计法发展到现在被普遍接受的基于延性的弹塑性设计法。对于修建的量大而面广的梁式桥而言，为了提高桥梁结构的整体延性，很多研究者认为首先要保证桥梁墩柱具有足够的延性，因此对提高桥墩延性的试验研究比较多。从国内外在提高梁桥墩柱延性抗震能力方面的研究现状来看，大部分试验研究的措施主要集中在改变配箍形式和调整配筋率方面，本文主要基于在框架结构中提出的人工塑性铰的概念，提出了在梁桥墩柱中设置人工塑性铰的方法，并利用有限元软件进行了验证分析。本文的主要工作如下:
　　①介绍了地震动的基本理论及地震波的传播机理，描述了在历次破坏性地震中桥梁结构的主要震害现象，然后从桥梁抗震设计理论方面介绍了桥梁抗震设计的研究进展。
　　②介绍了塑性铰的概念及其相关理论在钢筋混凝土结构延性抗震设计中的应用研究概况，接着对桥梁墩柱的塑性铰破坏机制及其力学模型做了较详细的阐述，最后通过对框架结构中设置人工塑性铰的几种方案和一些研究成果的简单介绍提出了一种新型人工铰的设置方案。
　　③以某跨线桥的独柱式墩为研究对象，以大型通用有限元软件ANSYS为计算工具，以第二章中提出的塑性铰理论及人工铰的概念为理论基础，以动力特性计算方法中的子空间迭代法和瞬态动力学分析方法中完全积分法为计算方法，分别对圆形墩柱设置人工铰前后的地震反应进行了时程分析，并针对各自的结果进行了相应的分析。
　　④对延性的一些基本概念进行的介绍，然后从能量的角度对钢筋混凝土构件在低周反复荷载作用下的滞回延性进行了理论分析，最后结合第三章所分析的钢筋混凝土墩柱利用ANSYS软件对其进行滞回分析，比较了钢筋混凝土墩柱设置工铰前后的滞回延性和耗能能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 梁桥震害特点及本文选题背景

1．2．1 上部结构震害

1．2．2 支座震害

1．2．3 基础震害

1．2．4 下部结构震害

1．2．5 本文选题背景

1．3 桥梁抗震的研究进展

1．3．1 国外桥梁抗震的研究进展

1．3．2 国内桥梁抗震的研究进展

1．4 本论文研究意义及主要内容

1．4．1 本论文研究的意义

1．4．2 本论文主要内容

第二章 塑性铰理论及人工塑性铰

2．1 塑性铰的概念

2．2 塑性铰理论

2．3 桥墩塑性铰破坏机制和力学模型

2．3．1 桥墩塑性铰机制

2．3．2 塑性铰的力学模型

2．3．3 塑性铰转动刚度及其简化计算公式

2．4 人工塑性铰

2．4．1 人工塑性铰的概念

2．4．2 人工塑性铰的研究概况

2．4．3 新型人工塑性铰的设计方案

2．5 本章小结

第三章 预设人工塑性铰的墩柱地震反应分析

3．1 引言

3．1．1 ANSYS软件介绍

3．1．2 ANSYS在工程结构地震反应分析中的应用

3．2 桥梁墩柱动力特性求解方法

3．2．1 Rayleigh-Ritz法

3．2．2 子空间迭代法

3．3 墩柱抗震性能分析的计算模型

3．3．1 桥墩计算几何模型

3．3．2 桥墩计算力学模型

3．3．3 墩柱有限元模型

3．4 独柱式墩的地震反应分析

3．4．1 简化计算分析

3．4．2 悬臂墩柱的模态分析

3．4．3 悬臂墩柱的地震反应时程分析

3．5 预设人工铰(APH)的独柱式墩的地震反应分析

3．5．1 人工塑性铰(APH)的设置形式

3．5．2 预设人工铰的墩柱的有限元模型

3．5．3 预设人工铰的墩柱地震反应时程分析

3．6 本章小结

第四章 预设人工铰墩柱的延性分析

4．1 引言

4．2 延性的一些基本概念

4．2．1 延性的定义

4．2．2 单调荷载下的延性

4．2．3 滞回延性

4．2．4 延性指标

4．2．5 结构延性的能量表达

4．3 钢筋混凝土桥墩的延性

4．3．1 钢筋混凝土桥墩延性的影响因素

4．3．2 延性和约束箍筋用量计算

4．3．3 墩柱低周反复载荷下的滞回延性

4．4 预设人工铰墩柱的滞回延性分析

4．5 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 本文主要结论

5．2 对梁桥墩柱抗震研究的展望

致谢

参考文献

在学期间所参加的科研实践工作及论文发表情况